Source: The Conversation – in French – By Gourab Giri, Postdoctoral researcher, University of Pretoria
Il y a un trou noir supermassif au centre de presque toutes les grandes galaxies, y compris la nôtre, la Voie lactée (appelée Sagittarius A*). Les trous noirs supermassifs sont les objets les plus denses de l’univers, avec des masses atteignant des milliards de fois celle du Soleil.
Il arrive que le trou noir supermassif d’une galaxie se « réveille » à la suite d’un afflux soudain de gaz et de poussières, probablement en provenance d’une galaxie voisine. Il commence alors à engloutir une grande quantité de gaz et de poussières à proximité. Il ne s’agit pas d’un processus calme, lent ou passif. Lorsque le trou noir aspire de la matière, celle-ci est surchauffée à une échelle de plusieurs millions de degrés, bien plus chaude que la température de surface de notre soleil, et est éjectée de la galaxie à une vitesse proche de celle de la lumière. Cela crée de puissants jets qui ressemblent à des fontaines dans le cosmos.
Le plasma ultra-rapide provoque, par ces fontaines, l’émission d’ondes radio, détectables uniquement par des radiotéléscopes puissants. D’où leur nom : radiogalaxies. Si les trous noirs sont courants, ce n’est pas le cas des radiogalaxies. Seules 10 à 20 % de toutes les galaxies présentent ce phénomène.
Les radiogalaxies géantes sont encore plus rares. Elles ne représentent que 5 % de l’ensemble des radiogalaxies et tirent leur nom du fait qu’elles atteignent des distances énormes. Les jets de certaines radiogalaxies atteignent près de 16 millions d’années-lumière. (C’est presque six fois la distance entre la Voie lactée et la galaxie d’Andromède). Le plus grand jet découvert s’étend sur près de 22 millions d’années-lumière.
Mais comment ces structures peuvent-elles couvrir des distances aussi énormes ? Pour le savoir, j’ai dirigé une étude dans laquelle nous avons utilisé des superordinateurs modernes pour modéliser le comportement des jets cosmiques géants dans un univers simulé, basé sur les lois fondamentales de la physique qui régissent le cosmos.
Grâce à ces simulations, nous avons pu observer comment les jets radio se propagent sur des centaines de millions d’années, un processus impossible à suivre directement dans l’univers réel. Ces simulations sophistiquées permettent de mieux comprendre le cycle de vie des radiogalaxies, en mettant en évidence les différences entre leurs premiers stades compacts et leurs formes étendues et évoluées.
Comprendre l’évolution des radiogalaxies nous aide à mieux appréhender les processus généraux qui façonnent l’univers.
Les superordinateurs
Les technologies de pointe ont joué un rôle essentiel dans cette étude.
Les observations sensibles effectuées à l’aide de radiotélescopes de pointe tels que le MeerKAT en Afrique du Sud et le LOFAR aux Pays-Bas ont récemment permis de découvrir plusieurs fontaines cosmiques.
Cependant, la modélisation de leurs origines reste un défi. Il est impossible de suivre les événements sur des millions d’années en temps réel.
C’est là que les superordinateurs entrent en jeu. Ces systèmes informatiques à haute performance sont conçus pour traiter des quantités massives de données. Ils peuvent effectuer des simulations complexes à des vitesses impressionnantes. Dans cette étude, leur puissance a été cruciale pour modéliser l’évolution des jets radio géants sur des millions d’années.
La puissance de calcul nécessaire a été fournie par le Inter-University Institute for Data Astronomy d’Afrique du Sud, un réseau comprenant l’université de Pretoria, l’université du Cap et l’université du Cap-Occidental.
Notre univers est régi par des forces fondamentales telles que la gravité, qui peuvent être décrites par des formules mathématiques. Ces formules, essentiellement des nombres, sont introduites dans des superordinateurs pour créer un « univers fictif » simulé qui suit les mêmes lois physiques que le cosmos réel. Cela permet aux scientifiques d’expérimenter la manière dont les jets des trous noirs supermassifs évoluent dans le temps. Grâce à leur immense puissance de traitement, les superordinateurs peuvent simuler des millions d’années d’évolution des jets cosmiques en seulement un mois.
Principaux enseignements
La gravité est la force dominante dans l’univers. Elle attire la matière plus lourde et entraîne avec elle la matière plus légère à proximité. Si elle était seule à l’œuvre, l’univers se serait peut-être effondré sur lui-même. Pourtant, nous voyons des galaxies, des amas de galaxies et même la vie prospérer. Nous pensons que ces fontaines cosmiques jouent un rôle clé pour percer le mystère de cet équilibre.
En libérant de l’énergie thermique et mécanique, elles réchauffent le gaz environnant en train de s’effondrer, contrant ainsi la gravité et maintenant un équilibre qui préserve les structures cosmiques.
Nos modèles ont également permis de comprendre pourquoi les jets de certaines radiogalaxies se courbent fortement, formant un « X » dans les ondes radio au lieu de suivre une trajectoire rectiligne. Elles ont aussi permis de mieux comprendre comment ces fontaines géantes continuent de croître même dans des environnements cosmiques denses, comme les amas de galaxies.
L’étude suggère également que les radiogalaxies géantes pourraient être plus nombreuses qu’on ne le pensait. Il pourrait en exister des milliers de fontaines cosmiques encore inconnues. Grâce à des télescopes de classe mondiale comme MeerKAT et LOFAR, et à la puissance des superordinateurs, il reste encore beaucoup de choses à explorer pour tenter de comprendre notre univers.
Les recherches sur lesquelles se fonde cet article ont nécessité une vaste collaboration avec une équipe internationale, dont Jacinta Delhaize de l’université du Cap, Joydeep Bagchi de l’université du Christ, en Inde, et DJ Saikia du Centre interuniversitaire d’astronomie et d’astrophysique, en Inde. Les contributions essentielles de Kshitij Thorat et Roger Deane de l’Université de Pretoria ont également joué un rôle crucial dans l’élaboration de l’étude.
Gourab Giri does not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and has disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.
– ref. A la frontière du cosmos : percer le cycle de vie fascinant des jets de trous noirs – https://theconversation.com/a-la-frontiere-du-cosmos-percer-le-cycle-de-vie-fascinant-des-jets-de-trous-noirs-252815